13AVTOMATIKA 138/2015

REGULACIJSKI SISTEMI OGREVANJA

SODOBNI REGULACIJSKI SISTEMI OGREVANJA PODJETJA SELTRON d.o.o., IZKUŠNJE IZ UČNIH SITUACIJ

Modern control systems for hea ng fi rm SELTRON, the experience of Modern control systems for hea ng fi rm SELTRON, the experience of learning situa onslearning situa onsBranko Vrečar, učitelj-svetovalec

Srednja tehniška šola, Šolski center Kranjbranko.vrecar@guest.arnes.si

Povzetek

V praksi se kaže, da investitorji v stanovanjskih hišah že zadovoljivo upoštevajo priporočila sodobne gradnje, manj pozornosti pa posvečajo tehtni izbiri ustrezne regulacijske opreme ogrevalnega sistema. Eden izmed vzrokov je v pomanjkljivem poznavanju sodobnih tehničnih rešitev in dejanskih koristi, ki jih daje pravilno reguliran ogrevalni sistem.V prispevku so strnjene temeljne značilnosti regulacije ogrevanja stanovanjske hiše in sanitarne vode in metode poučevanja teh vsebin v srednji tehniški šoli.V uvodu je navedeno nekaj primerov slabega ravnanja s toplotno energijo, če v hišah nimamo vgrajene avtomatske regulacije ogrevanja. V osrednjem delu so predstavljeni temeljni pojmi ter opisani osnovni gradniki ogrevalnega regulacijskega sistema, ki so potrebni za razumevanje delovanja. Predstavljena je hidravlična shema 404, ki je največkrat uporabljena v učni situaciji. Izpostavljene so glavne prednosti, ki jih prinaša izbira vremensko vodenega regulatorja toplote. Razložena je zveznost regulatorja in delovanje, ki temelji na izbrani ogrevalni krivulji, ki posledično vpliva na letne stroške za ogrevanje.Prikazani so tudi načini dela z dijaki v razredu kot tudi poligonska oblika pouka. Vse akcije so tekle v obdobju desetletnega sodelovanja s slovenskim podjetjem SELTRON d.o.o., ki z razvojem naprednih tehnologij ter učinkovitimi rešitvami ogrevanja svoje kvalitetne izdelke tržijo v kar 15 evropskih državah.

Ključne besede: Toplotna energija, regulacija, regulator ogrevanja,hidravlična shema, temperaturna tipala ogrevalna krivulja.

Abstract

In practice, we can see that modern construction recommendations are already taken into account by residential house investors, but on the other hand, they tend to pay less attention on choosing an appropriate heating control system. The causes for that are the lack of know ledge of modern technical solutions and actual benefits that are the results of properly set and regulated heating system. This article talks about the heating control system and its fundamental features in residential property and water heating. In the introduction, we will look at some bad examples that show how thermal energy is handled without an automatic heating control system. Main paragraph presents us the basic elements of the heating control system that are necessary for understanding the entire operation. Everything is presented through hydraulic diagram 404 which is most often used in the learning situation. Then we will see which are the main advantages of weather-compensated heating controller. We will also explain the continuity between regulator and operation which is based on selected heating curve that consequently affects annual heating costs.

We will present the ways of working with students on the subject of thermal systems as well as how we work with them on the actual buildings. All the projects were completed during the ten-year cooperation with the

14 AVTOMATIKA 138/2015

IZKUŠNJE IZ UČNIH SITUACIJ

Slovenian company SELTRON d.o.o., which develops advanced techologies and efficient solutions in the heating industry, its quality products are marketed in 15 European countries.

Keywords: thermal energy, regulation, heating controller, hydraulic scheme, temperature sensors, heating curve

1. Uvod

Sodobni ogrevalni sistemi so kompleksni in zahtevajo veliko znanja in izkušen. Pred desetimi leti sem vzpostavil stike s strokovnjaki in lastniki slovenskega podjetja SELTRON d.o.o. takrat še iz kraja Bistrica ob Dravi. Kot učitelj strokovnih modulov v srednji tehniški šoli sem ves ta čas pridobljena znanja prenašal na mlade in odrasle kandidate izobraževanja.

1.1. Koliko energije porabimo za ogrevanje?V slovenskih gospodinjstvih porabimo približno 70 % energije za ogrevanje prostorov, 11 % za pripravo sanitarne vode, 10 % za razsvetljavo, 6 % za kuhanje in 3 % za ostale namene.

Iz teh podatkov je razvidno, kako veliki prihranki v proračunu gospodinjstva so možni ravno z racionalno rabo energije za ogrevanje in pripravo sanitarne vode (cca. 80%). Manjši delež v rabi energije prispevajo k temu razsvetljava, kuhanje, pranje, čiščenje in druga opravila (cca 20%). Še tako dobra toplotna zaščita objekta in sodobna izvedba kotla za centralno ogrevanje ne morejo doseči pravih učinkov, če potrebne toplote ne moremo prilagoditi trenutnim bivalnim razmeram.

1.2. Nekaj primerov slabega ravnanja s toplotno energijo

• prostore ogrevamo več kot je potrebno, da bi se v njih prijetno počutili

• ne znižamo temperature ogrevanja v nočnem času

• prostore ogrevamo na bivalno temperaturo skozi ves dan, čeprav smo odsotni

• sanitarno vodo segrevamo na konstantno temperaturo, čeprav je v določenih časovnih intervalih, v nočnem času ali, ko smo odsotni,

ne potrebujemo• vzdržujemo konstantno delovno temperaturo

kotla, čeprav se potrebe po toploti spreminjajo

2. Elementi ogrevalnega sistema

Osnovni elementi sistema centralnega ogrevanja so:• grelne naprave (kotel, toplotna črpalka,

sprejemniki sončne energije), ki zagotavljajo ogreto vodo v zaprtem sistemu

• cevni razvod in obtočne črpalke, ki zagotavlja kroženje vode v sistemu ter prenos toplote v grelna telesa

• mešalni ventil, ki z mešanjem tople vode iz kotla s hladno vodo v sistemu vzdržuje temperaturo radiatorja

• grelna telesa (radiatorji, talno in stensko ogrevanje), ki oddajajo toploto v bivalni prostor

• temperaturna tipala, ki posredujejo podatke o temperaturi okolice

• regulacijski sistem, ki zagotavlja regulacijo toplote, ki jo dosežemo z regulatorjem ogrevanja

3. Regulacija

Kakovostna regulacija ogrevanja poskrbi za ustrezno delovanje naprav in pri porabi toplote za ogrevanje prostorov in sanitarne vode. Reguliranje in regulatorji ogrevanja so ključni za varčno ogrevanje. Le z optimalnim delovanjem bodo naprave ustrezno pretvorile energente v toploto, ki jo bomo porabili le toliko, kot je minimalno potrebno za želeno udobje bivanja. Regulacija je proces, pri katerem s stalnim merjenjem, primerjanjem in povratnim delovanjem nastavljamo in ohranjamo regulirano veličino na predpisani želeni vrednosti. (B.Alatič: Regulacijska tehnika, str.8)

3.1. Osnovni cilj regulacije ogrevanjaŠe tako dobra toplotna izolacija objekta in sodobna izvedba kotla za centralno ogrevanje ne dosežejo pravih učinkov, če potrebne toplote za ogrevanje ne moremo prilagoditi trenutnim potrebam v prostorih, kjer prebivamo. Pravilno izbran način regulacije izboljšuje izkoristek ogrevalnega sistema in zagotavlja vzdrževanje bivalnega ugodja v prostorih ter preprečuje pregrevanje in s tem zmanjšuje toplotne izgube.

15AVTOMATIKA 138/2015

REGULACIJSKI SISTEMI OGREVANJA

3.2. Delovanje regulacijskega sistema

Regulator ogrevanja

Slika 1: Blok shema regulacijskega

sistema (vir, učna maketa, gradivo

SŠTS)

Pri vključitvi sistema sobno tipalo mikroprocesorskemu regulatorju posreduje sobno temperaturo. Regulator jo primerja z želeno (na regulatorju nastavljeno temperaturo). Če je

sobna temperatura nižja od želene, vključi grelnik v kotlu in odpre mešalni ventil. Ko se temperaturi izravnata, regulator zapre mešalni ventil. Regulator vzdržuje želeno sobno temperaturo s tem, da odpira in zapira mešalni ventil in po potrebi vklaplja in izklaplja grelnik v kotlu. V sodobnih toplotnih sistemih zaradi izboljšanja učinkovitosti - izkoristka kotlov uporabljamo zalogovnike toplote s katerim zagotovimo manj vklopov in izklopov kotla ter delovanje kotla pri optimalni moči s čimer podaljšamo tudi življenjsko dobo kotla.

4. Hidravlične sheme in elementi ogrevalne in regulacijske tehnike

Hidravlična shema je s standardiziranimi simboli in na razumljiv način narisan načrt povezav strojnih instalacij za sistem ogrevanja. (Labudovič B. Priročnik za ogrevanje, str. 67, 2006).Za vsak regulator ogrevanja so podane številne možnosti uporabe, ki so prikazane s hidravlično shemo. Primer hidravlične vezave 404 z uporabo vremensko vodenega regulatorja toplote SELTRON PROMATIC je podan na sliki 2 in 3.

Slika 2: Hidravlična shema 404 (Vir: Seltron, Priročnik za projektante in monterje, str. 249)

16 AVTOMATIKA 138/2015

IZKUŠNJE IZ UČNIH SITUACIJ

Tabela 1: Elementi ogrevalne tehnike

A – Kotel na tekoče gorivo C – Mešalni ogrevalni krog E – Grelnik sanitarne vode G – Sprejemniki sončne energije

B – Razdelilec dovodne in povratne vode

D – ogrevanje sanitarne vode iz kotla

F – Obtočna črpalka sprejem- nikov sončne energije

DD1 – sobna enota

Tabela 2: Elementi regulacijske tehnike iz slike 2.

1 – Vremensko voden toplotni regulator 6 – Obtočna črpalka sanitarne vode 11 – Tipalo temperature dvižnega

voda VF

2 – Kotlovni regulator 7 – Obtočna črpalka mešalnega ogrevalnega kroga

12 – Tipalo temperature kotla KF

3 – Gorilnik 8 – Inteligentna sobna enota 13 – Tipalo zunanje temperature AF

4 – Obtočna črpalka sprejemnikov sončne energije

9 – Tipalo temperature sanitarne vode BF2

14 – Tipalo temperature sprejemni- kov sončne energije KTF

5 – Motorni pogon za mešalni ventil 10 – Tipalo temperature sanitarne vode BF1

4.1. Vremensko voden regulator toploteNekdanje, zastarele, večinoma ročne načine regulacije v hišah in stanovanjih, so v zadnjem času zamenjali sodobni, popolnoma avtomatski načini regulacije, ki poleg primernih pogojev bivanja zagotavljajo tudi opazne prihranke energije. Ključna naloga regulatorjev ogrevanja je gospodarno ravnanje z energijo in povečanje bivalnega udobja. Izbira vremensko vodenega regulatorja ogrevanja prostorov zagotavlja primerne temperature v bivalnih in delovnih prostorih v obdobju nizkih zunanjih temperatur. Delovanje regulatorja je prilagojeno zunanji temperaturi in zahtevam uporabnikov prostorov.

4.1.1. Prednosti vremensko vodenih regulatorjev ogrevanja, regulator WDC 20Regulatorji, ki delujejo na osnovi zunanje temperature, imajo vrsto prednosti:• delovanje ni odvisno samo od temperature

izbranega referenčnega prostora• merjenje zunanje temperature regulatorju

omogoča, da svoje delovanje uravnava glede na spremembo zunanje temperature in to še preden pride do vpliva na temperaturo v prostoru

• poleg časovnega programa za ogrevanje prostorov imajo sodobni regulatorji tudi časovni program za pripravo sanitarne vode

• regulatorji imajo vgrajen tudi sistem za optimalno krmiljenje delovanja kotla tako da temperatura kotlov ni ves čas konstantna in visoka npr. 70°C.

• povezovanje neomejeno število regulatorjev v mrežo (več ločenih mešalnih ogrevalnih vodov, večstanovanjski objekt)

• sistem samodejno preklaplja med dnevnim (npr. 22 °C) in nočnim režimom (npr. 19 °C) obratovanja, omogoča pa tudi ročni preklop s pomočjo sobne enote.

Regulator WDC se uporablja za regulacijo ogrevanja in priprave sanitarne vode v individualnih hišah z uporabo samostojnega kotla na tekoče ali (in) trdo kurivo ali (in) toplotno črpalko ali s sistemom daljinskega ogrevanja. Regulator je prijazen do uporabnika. Ima vgrajen velik grafični prikazovalnik, ki nudi jasen in celovit pregled nad delovanjem sistema in enostavno upravljanje s pomočjo grafičnih ikon in sistemom pomoči. Regulator WDC zagotavlja maksimalno varčevanje z energijo in najvišje udobje bivanja. Zagotavlja prihranek pri stroških ogrevanja do 30%.

Izvaja antilegionarski program, ki zagotavlja higiensko neoporečnost sanitarne vode. Ima prednaloženih več kot 50 hidravličnih shem za uporabo skoraj da neomejenih možnosti krmiljenja vseh vrst kotlov, hranilnikov toplote, sprejemnikov sončne energije, številnih možnosti povezovanj uporabe več različnih kotlov.

Slika 3: Vremensko voden regulator Promatic WDC 20 sloven-

skega proizvajalca SELTRON, motorni pogon PROMIX AVC, sob-

na enota DD2 in temperaturna tipala.

17AVTOMATIKA 138/2015

REGULACIJSKI SISTEMI OGREVANJA

4.1.2. Zveznost regulatorja in ogrevalne krivuljeRegulator deluje po izbrani zvezni krivulji ogrevanja. Strmina ogrevalne krivulje pove, kolikšna je pri določeni zunanji temperaturi potrebna temperatura grelnih teles. Vrednost strmine je odvisna predvsem od vrste ogrevalnega sistema (talno, stensko, radiatorsko, konvektorsko ogrevanje) in toplotne izolacije objekta.Strmino ogrevalne krivulje lahko določimo računsko, če imamo na voljo dovolj podatkov, največkrat pa izkustveno na osnovi ocene dimenzioniranja ogrevalnega sistema in toplotne izolacije objekta. Običajne nastavitve znašajo za talno ogrevanje med 0,2 in 0,8 za radiatorsko pa med 0,8 in 1,4. Primer: Pri zunanji temperaturi -5 °C ter izbrani strmini S=0,8 bo temperatura dvižnega voda (merimo jo s tipalom VF) znašala 47 °C.

Slika 4: Ogrevalne krivulje vremensko vodenega regulatorja

ogrevanja (Seltron, Priročnik za projektanjte, str. 301)

4.2. Sobna enotaRegulator PROMATIC WDC omogoča priklop digitalne sobne enote DD2+, ki meri sobno temperaturo in omogoča nastavitev želene dnevne1 in nočne2 temperature ter izbiro načina delovanja. Na en regulator WDC lahko priključimo do dve sobni enoti. Omogoča popoln nadzor nad regulatorjem ogrevanja na daljavo.

1 PARTY način, npr. 22°C2 ECO način, npr. 19°C

Slika 5: Shema za priklop sobnih enot

4.3. Temperaturna tipala

Slika 6: Tipala, AF-zunanje , VF- naležno, TF-potopno,

sobno tipalo in sobna enota DD2

Zunanje tipalo AFTipalo zunanje temperature montiramo na severno ali severozahodno fasado, približno 2 metra nad tlemi. Montaža nad okni ali zračniki in na južno fasado ni dovoljena.

Naležno tipalo VFNaležno tipalo montiramo na cev dvižnega voda nad obtočno črpalko oziroma za mešalnim ventilom. Cev na izbranem mestu dobro očistimo. Na očiščeno mesto postavimo tipalo in ga pritrdimo s priloženo objemno vzmetjo.

Potopno tipalo TFPotopno tipalo TF s silikonskim kablom se uporablja za merjenje temperature v kotlih, grelnikih sanitarne vode, sončnih kolektorjih in drugod. Temperaturno območje delovanja je do + 180 °C (Pt1000).

18 AVTOMATIKA 138/2015

IZKUŠNJE IZ UČNIH SITUACIJ

Sobno tipaloNamesto inteligentne sobne enote lahko montiramo tudi sobno tipalo, ki ga montiramo na notranjo steno dnevnega prostora, ki ni obsijana s soncem in stran od izvorov toplote ter prepiha.

4.4. Motorni pogon za mešalni ventilMotorni pogoni PROMIX® AVC so namenjeni krmiljenju rotacijskih mešalnih in krogelnih ventilov. Testiran je za 100.000 odpiranj in zapiranj in se je pokazal kot najbolj vzdržljiv motor na trgu. Motorni pogoni so dobavljivi v različnih izvedbah z vrtilnim momentom 5 Nm, 10 Nm, 15 Nm. Možni kot vrtenja je 90°. Standardna hitrost vrtenja motorja je 2 min/90°. Možne so tudi izvedbe s hitrostjo odpiranja: 15 sek, 30 sek, 1 min, 4 min in 8 min Motorni pogoni imajo vgrajeno signalizacijo delovanja s pomočjo LED-diod.

Slika 7: Motorni pogon za mešalni ventil

5. Izvedba regulacijskega sistema za ogrevanje na učnih situacijah in izbranih objektih

Končni rezultat je vgradnja regulacijskega sistema na izbranem objektu. Izvedena je bila regulacija kotla na biomaso – peleti, dva mešalna ogrevalna kroga ter regulacija grelnika sanitarne vode s toplotno črpalko. V dogovoru s podjetjem Seltron je bilo razvito učilo – simulator testiranja delovanja regulatorjev v najrazličnejših hidravličnih shemah tako, da se pouk začne v specializirani učilnici, konča pa na izbranem objektu.

Dijaki pri pouku: spoznavanje in nastavitve regulatorja za izbrane hidravlične sheme.

3 Surface Mounting Device (površinska montaža elementov)4 SSE – Sprejemniki sončne energije

Testiranje regulator-jev serije SGC (solarni

regulatorji).

Notranjost regulator-ja: PIC mikrokontroler in SMD3 tehnologija

izdelave.

Testna plošča za testiranje regulatorjev.

Učna maketa central-nega ogrevanja.

Pogled v domači učni poligon.

Montaža motornega pogona za mešalni

ventil.

Vgradnja regulatorja ogrevanja.

Montaža zunanjega tipala AF.

Montaža sobne enote DD2.

Regulacija kotla na pelete.

Merjenje porabe toplote.

Merjenje temperature na SSE2.

Merjenje toplotnih izgub s termografijsko kamero.

Izobraževanje v podjetju. SELTRON d.o.o.

Pridobljen certifikat.

Nagrajene naloge na dr-žavnem tekmovanju pro-jektnih razvojnih nalog.

Učna maketa 'Kurilnica v oblakih' – uporaba

SeltronHome aplikacije (oktober 2015)

Uspešna predstavitev nove učne situacije tudi na Vrtiljaku poklicev ob praznovanju 70 let

ŠC Kranj (16.11.2015).

Vsakoletno izobraževanje v novih prostorih Cenrta za varčno ogrevanje podjetja Seltron d.o.o. v Mariboru. Udeležimo se ga skupaj z zainteresiranimi dijaki, ki izdelajo kasneje tudi zaključno projektno nalogo (4. Predmet poklicne mature).

Slika 8: Fotografije iz izvedbe regulacijskega sistema na učnih

situacijah in izbranih objektih.

19AVTOMATIKA 138/2015

REGULACIJSKI SISTEMI OGREVANJA

Zaključek

V desetih letih intenzivnega dela na novih učnih situacijah ugotavljam, da vsak skrbno pripravljen strokovni ogled in še bolj izvedba v realni situaciji daje mladim več, kot učenje teoretičnih vsebin v učilnicah. Mladim bomo s poligonsko obliko pouka in graditev realnih učnih situacij zagotavljali lažji prestop iz šol v podjetja. Zagotovo bo izobraževanje v tesnem sodelovanju s podjetji pripomoglo k boljšem rezultatom slovenskega gospodarstva. Na podlagi meritev toplotne energije z merilniki Enerkon, smo potrdili, da prihranki energije z vgradnjo regulatorjev ogrevanja lastnikom hiš prinašajo v primerjavi z ne reguliranimi sistemi povprečno do 30% manjšo porabo energenta.Sodobni trendi in nove tehnologije na področju internetnih komunikacij in mobilnih naprav pomembno vplivajo tudi na razvoj sodobnih regulacij ogrevanja. S povezovanjem sistemov prinašajo v naše domove udobje in varčevanje.

S povezavo regulacije ogrevanja v internet dobi novo dimenzijo tudi možnost varčevanja in to tako na strani delovanja ogrevalne naprave generatorjev toplote, kakor porabe energije oziroma ogrevanja prostorov in sanitarne vode. Podjetje Seltron je razvilo sodobne rešitve za oddaljeno upravljanje ogrevanja, ki jo imenujejo SeltronHome.(Seltron, maj 2015). Rešitev temelji na internetnem dostopu v računalniški oblak, kjer se izvaja koordinacija in pretok podatkov med regulatorji in aplikacijami na mobilnih napravah uporabnikov. Upravljalni sistem v računalniškem oblaku tako vrednoti izbrane statistične podatke o delovanju ogrevalnega sistema in sproti preverja optimalno nastavitev ogrevalne krivulje.

V šolskem letu 2015/2016 na Srednji tehniški šoli, ŠC Kranj postopno uvajamo vse novitete regulacijskih sistemov ogrevanja z napredno opremo podjetja SELTRON d.o.o..

Slika 9: Aplikacije SeltronHome omogoča oddaljeno upravljanje ogrevanja s pomočjo pametnih telefonov in tablicami.

Ob tej priložnosti se zahvaljujem direktorju Marjanu Hertišu, tehniškem direktorju Jožetu Hertišu ter vodji tehniške podpore Alešu Krivonogu za desetletno sodelovanje, vsakoletna odlično orga-

nizirana izobraževanja, razlage in pomoč, spodbude in donatorstva pri uvajanju tovrstnih vsebin v pouk, s čimer so pripomogli k dvigu kvalitete pouka za dijake in kandidate izobraževanja ob delu ter so primer dobre prakse sodelovanja uspešnega slovenskega podjetja s tehniško šolo.

Viri[1] Alatič B. Regulacijska tehnika, FERI

študijska literatura, str. 5 - 8, 1993.[2] Črešnar I. Ogrevanje in dve družini,

stari in mladi v eni hiši, Varčujem z energijo, str. 47, marec 2014. Dostopno na internetu na http://www.seltron.si/arhiv-tiskanih-oglasov-kvadrati-PR

[3] Hertiš J. Aplikacija Clausius in Kelvin, Varčujem z energijo, str. 15-17, maj 2015. Dostopno na inter netu na http://www.seltron.si/arhiv-tiskanih-oglasov-varcujem-PR

[4] Hertiš J. Vremensko voden regulator toplote, Seltron novice, str. 28-29, junij 2013.

[5] Pirc M.,Varčno ogrevanje po novem, Kvadrati št. 551, str. 10-13, december 2014. Dostopno na internetu na http://ftp.seltron.si/web-pdf/pr-clanki/2014-12-15_KVADRATI.PDF

[6] Seltron (online), Prehod na kurjenje s peleti in potrebne korekcije pri nastavitvah regulatorja ogrevanja, Energetik, str. 22-24, februar 2014. Dostopno na internetu na http://ftp.seltron.si/web- pdf/pr-clanki/energetik-103-pr.pdf

[7] Seltron, d.o.o. interna gradiva, Priročnik za projektante in monterje, str. 249, junij 2013.

[8] Tehniška založba Slovenije, Novi ogrevalni sistemi, gradnja z lahkoto, str. 18-19, ISBN 978-961-251-078-7 Ljubljana 2008.

[9] Vrečar Branko, Solarni sistemi za pripravo tople sanitarne vode in podporo ogrevanja prostorov, interno gradivo, januar 2012.

[10] Žalar Z., Slabe A., Batagelj B., Jurgec H., Petrevčič Ž., Vrečar B., Trdan E., SŠTS, Funkcionalna maketa regulacijskega sistema, interno gradivo, Ljubljana 1997.